认真学习系列：《深入理解计算机系统》读书笔记

第一章全书概述

一基础

1、程序的生命周期分为四个阶段：

Hello.c (源程序)

预处理器(cpp)Hello.i

编译器(ccl)hello.s

汇编器(as)hello.o(这时是个二进制文件)

链接器(id)(将函数并入到程序)

Hello (最后变成可执行的目标程序)

2、了解编译过程什么用：

优化程序性能、理解链接时出现的错误、避免安全漏洞

二系统的硬件组成

总线：贯穿整个系统的一组电子管道

I/O设备：系统与外界联系的通道(如鼠标键盘；显示器；磁盘)。I/O设备通过控制器和适配器与I/O总线连接。控制器和适配器的区别在于其组成方式，控制器是主印制电路板(主板)上的芯片组，适配器是一块插在主板插槽上的卡。它俩的功能都是在I/O设备和I/O总线之间传递信息

主存：一个临时存储设备，处理器执行程序时，它被用来存放程序和程序处理的数据。

物理上，它由一组DRAM(动态随机存取存储器)芯片组成。

逻辑上，它由一个线性的字节数组组成，每个字节都有自己唯一的地址(数组索引)

处理器：(CPU)是解释(或执行)主存中指令的引擎。核心是个叫做程序计数器(PC)的存储设备(或寄存器)。一通电就从程序计数器指向的存储器处读取指令、解释指令中的位，执行指令指示的简单操作，然后更新程序计数器指向下一条指令。

三高速缓存

寄存器是L1的高速缓存；L1是L2的高速缓存；L2是主存的高速缓存；主存是磁盘的高速缓存。

四操作系统

它有两个基本功能：防止硬件被失控的应用程序滥用；为应用程序提供简单一致的方法控制低级硬件

五进程

操作系统实现进程交错执行的机制称为上下文切换(context switing)；上下文切换就是——保存当前进程的上下文(context)，恢复新进程的上下文。

进程所看到的虚拟地址空间由多个区(area)组成：由低到高是：程序代码和数据；堆；共享库；栈；内核虚拟存储器。

第二章信息的表示和处理

一信息存储

存储器的每一个字节都由一个唯一的数字来标识，成为地址(address)；所有可能地址的集合就称为虚拟地址空间(virtual address space)。

C语言的指针有两个方面：它的值和它的类型，它的值表示的是某个对象的位置，而它的类型表示那个位置上所存储对象的类型(比如，整数或浮点数)

二进制转换

对于2n,其十六进制转换公式为i+4j

例如211，十进制位2048，十六进制转换时，因为1(i=0)，2(i=1)，4(i=2)，8(i=3)且11=3+4*2，所以它就是8的后面跟两个0，即0x800 (详见书上48页)

三寻址和字节顺序

在几乎所有的机器上，字节对象都被存储为连续的字节序列，对象的地址为所使用字节序列中最小的地址。

表示一个对象的字节序列排序，有俩通用规则，

最低有效数字在最前面——小端法(little endian);

最高有效数字在最前面——大端法(big endian)

这是芯片加电启动时所用到的字节顺序规则。

程序编译过程：

假如，写一个C程序，有两个文件p1.c和p2.c，然后用Unix命令编译这行代码。这个命令实际上调用了一系列程序，将源代码转化成可执行代码。

首先，C预处理器会扩展源代码，插入所有用#include命令指定的文件，并扩展所有的宏。其次，编译器产生两个源文件的汇编代码，名字分别为p1.s和p2.s。接下来，汇编器会将汇编代码转化成二进制目标代码文件p1.o和p2.o。最后，链接器将两个目标文件与实现标准Unix库函数(例如printf)的代码合并，并产生最终可执行文件。

汇编程序员能看到的处理器状态：

程序计数器(称为%eip)：表示将要执行的下一条指令在存储器中的地址。

整数寄存器：存储地址(对应C的指针)、整数数据，纪录程序状态，保存临时数据。

条形码寄存器：保存最近执行的算术指令状态信息。

浮点寄存器：存放浮点数据。

附相关概念扩展：

GNU计划所使用的汇编器，一般称为gas，或依其可执行文件名称简称为as。它是GCC的默认后端。它用于汇编GNU操作系统、Linux内核以及其他各种软件。

(GNU是“GNU is Not Unix”的递归缩写，GNU将要实现UNIX系统的接口标准)

GCC(GNU Compiler Collection，GNU编译器集合)，是一套由 GNU 开发的编程语言编译器。以及大部分UNIX系统的程序库和工具。

GAS中的每个操作都有一个字符后缀，表明操作数的大小。如mov(传送数据)指令有三种形式：movb(传送字节)、movw(传送字)和movl(传送双字)

本书是本经典的国外大学计算机专业教材，类似国内的计算机原理这门课，很厚，很详尽，刚开始看的时候自己毫无基础，看不懂，就没看完，如今工作多年再回过头来翻翻，反而觉得读起来津津有味。实践与理论的反复结合，能使自己的技术越来越扎实。

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